组成图示
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传感器类型
电化学发光(ECL)生物传感器
检测对象
乙醇（ethanol）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）、啤酒、烧酒（soju）
检测原理
乙醇与固定于电极表面的ADH发生酶促反应，在NAD+存在下被氧化，同时NAD+被还原为NADH。NADH在电极界面失去电子和质子，生成NAD·自由基，并与工作电极上由Ru(bpy)3^2+阳极氧化产生的Ru(bpy)3^3+反应，生成激发态Ru(bpy)3^2+*。激发态回到基态时发射光子，同时再生Ru(bpy)3^2+，形成可循环ECL信号。COOH-F-MWCNT/Nafion复合膜提高Ru(bpy)3^2+负载和电子传递，AuNPs促进ADH固定与电子转移。乙醇浓度越高，生成的NADH越多，ECL光强和阳极电流随之增大，由PMT检测光强。
检测灵敏度
CV: 灵敏度: 0.3289 µA/M；线性范围: 5.0×10-6 M–5.0×10-3 M；LOD: 1.0x10-6 M (signal-to-noise, n=3)。ECL: 灵敏度: 7.9438 a.u./M；线性范围: 1.0×10-4–5.0×10-3 M；R^2 = 0.979；LOD: 1x10-5 M (S/N=3)。
效应效果
该传感器以PAAc-g-MWCNT修饰时性能优于PMAc-g-MWCNT和纯化MWCNT，AuNPs固定使ECL强度约为无AuNPs电极的2倍，说明AuNPs有利于ADH固定和电子传递。最佳pH为7.5，Nafion中PAAc-g-MWCNT最佳量为4.5×10^-3 mg，过量后ECL信号下降约50%。连续循环扫描19圈，ECL强度随循环次数增加而下降，文中未报告RSD。对柠檬酸、抗坏血酸、乙酸、草酸等1 mM干扰物（与乙醇1:1）的相对响应低于117%，其中柠檬酸和乙酸干扰很小，抗坏血酸和草酸略高但在实际酒样中含量较低。啤酒和烧酒稀释3倍后采用标准加入法测定，结果分别为4.5±0.3和25±0.2。作者称其灵敏度比MWCNT生物传感器高10倍，LOD低40倍，可用于实际样品乙醇检测。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GC），作为工作电极与换能器
- 纳米复合修饰层：羧基功能化多壁碳纳米管（COOH-F-MWCNT/PAAc-g-MWCNT）与Nafion复合膜，提供亲水界面、负载Ru(bpy)3^2+并增强电子传递
- 发光标记层：三(2,2'-联吡啶)二氯化钌(II)（Ru(bpy)3^2+），固定于复合膜中作为ECL发光剂
- 纳米载体层：辐射法制备金纳米粒子（AuNPs），固定于Ru(bpy)3^2+膜上，作为ADH固定载体与导电中心
- 识别元件：乙醇脱氢酶（ADH），吸附于AuNPs/复合膜表面，催化乙醇氧化
- 辅因子：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），溶液中加入，被ADH还原为NADH以触发ECL
中文摘要
本研究制备了一种基于羧基功能化多壁碳纳米管（COOH-F-MWCNT）和辐射法合成金纳米粒子（AuNPs）的电化学发光（ECL）生物传感器，用于乙醇检测。电极结构为COOH-F-MWCNT-Nafion-Ru(bpy)3^2+-Au-ADH。通过辐射诱导接枝聚合在MWCNT表面引入羧基，提高其亲水性、分散性和Ru(bpy)3^2+负载能力；通过辐射还原Au离子制备AuNPs，用于固定乙醇脱氢酶（ADH）。与PMAc-g-MWCNT和纯化MWCNT制备的电极相比，PAAc-g-MWCNT修饰电极对乙醇的ECL响应更高。研究考察了pH和Nafion中PAAc-g-MWCNT含量对乙醇检测的影响，最佳pH为7.5，最佳MWCNT量为4.5×10^-3 mg。其他化合物干扰较小，结果表明该ECL生物传感器可用于实际样品中乙醇的检测。
英文摘要
A COOH-F-MWCNT-Nafion-Ru(bpy)(3) (2+)-Au-ADH electrogenerated chemiluminescence (ECL) electrode using COOH-functionalized MWCNT (COOH-F-MWCNT) and Au nanoparticles synthesized by the radiation method was fabricated for ethanol sensing. A higher sensing efficiency for ethanol for the ECL biosensor prepared by PAAc-g-MWCNT was measured compared to that of the ECL biosensor prepared by PMAc-g-MWCNT, and purified MWCNT. Experimental parameters affecting ethanol detection were also examined in terms of pH and the content of PAAc-g-MWCNT in Nafion. Little interference of other compounds was observed for the assay of ethanol. Results suggest this ECL biosensor could be applied for ethanol detection in real samples.